2. Большая скорость процесса химического превращения

Взрывные реакции идут с очень большими скоростями. Переход к конечным продуктам взрыва происходит за миллионные доли секунды. Благодаря этому энергия успевает выделится в объеме, занятом исходным ВВ, что приводит к колоссальной концентрации энергии.

О быстроте процессов взрывчатого превращения принято судить по линейной скорости распространения детонационной волны по заряду ВВ. Скорости стационарных детонационных процессов для конденсированных ВВ составляют:

D = 3000 - 9500 м/c .

Для газовых систем:

D = 1500 - 4000 м/c .

3. Наличие газообразных продуктов реакции

Высокие давления, развивающиеся при взрыве, обусловлены образованием при взрыве большого количества газообразных продуктов. В зоне химической реакции за время 10^-6с газообразные продукты нагреваются до 3-5 тысяч градусов, при этом детонационное давление /P_д/ резко возрастает и достигает значений :

P_д = 20-50 ГПа = 200000-300000 Кг/см² .

Газообразные продукты взрыва являются рабочим телом, которое, расширяясь, совершает работу.

Газовыделение при взрыве характеризуется удельным объемом газообразных продуктов взрыва - V_ок.

V_ок - приведенное к стандартным условиям количество литров газообразных продуктов взрыва, которое образуется при взрыве 1 Кг ВВ.

Для мощных ВВ: V_ок = 500 - 1000 л.

Расчет V_ок:

C_aH_bO_c N_d xCO₂ + yCO + zH₂O + hN₂ + mC +........

,

где ММвв - молекулярная масса ВВ

2.3 Основные формы химического превращения вв

В зависимости от природы ВС, условий возбуждения процессы химического превращения могут протекать в различных формах и с различными скоростями.

Основные формы химического превращения:

- Термическое разложение

- Горение

- Детонация

Термическое разложение ВС

Термическое разложение - это гомогенный процесс, идущий во всем объеме заряда при данной температуре. Скорость термораспада соответствует этой температуре, одинакова во всех точках системы и измеряется числом молей, реагирующих в единицу времени в единице объема ( ).

Продукты разложения при термораспаде: оксиды горючих элементов, азот, альдегиды, кислоты, и т.п. При определенных условиях термическое разложение может завершиться тепловым или цепным взрывом.

Горение ВС

Горение - это самораспространяющийся гетерогенный направленный процесс с ярко выраженной зоной химической реакции. Основными продуктами горения являются N₂, CO, CO₂, H₂O жидкая. Полный состав продуктов достаточно сложен, и составляет до 20 и более компонентов. Горение идет за счет ресурсов горючего и окислителя, содержащихся в ВС.

Механизм процесса: при горении энергия из зоны химической реакции передается примыкающему к ней слою исходного ВВ путем теплопереноса (теплопроводность, излучение) и массопереноса (диффузия, конвекция). Поскольку процессы тепло- и массопереноса протекают сравнительно медленно, горение - процесс медленный, дозвуковой. Конденсированные взрывчатые системы (КВС) горят со скоростями от долей ^мм/_c до сотен ^мм/_c, газовые - от метров до десятков метров в секунду.

При нормальном горении газообразные продукты реакции, расширяясь, движутся в сторону противоположную направлению распространения фронта горения. При таком режиме горения ударная волна сформироваться не может. Скорость горения зависит от внешних условий (T, P, др.) С увеличением давления скорость горения возрастает, а при достижении для данной системы критического значения давления горение может перейти в детонацию.

Детонация ВС

Детонация, как и горение, гетерогенный процесс. Детонационный процесс распространяется по заряду с максимально возможной для данного ВВ и данных условий скоростью. Основные продукты реакции - оксиды горючих элементов, вода в виде пара, азот.

Механизм процесса: при детонации в зоне химической реакции формируется ударная волна. УВ распространяются со сверхзвуковой скоростью. В детонационных процессах энергия из зоны химической реакций передается примыкающему к ней слою ВВ путем ударного сжатия, т.е. со сверхзвуковой скоростью. УВ сжимает адиабатически примыкающий к ней слой ВВ, разогревает его, за счет разогрева начинается химическое превращение ВВ. Выделяющееся при этом тепло идет на поддержание параметров волны.

Таким образом механизм передачи энергии путем ударного сжатия определяет большую скорость процесса детонации.

Детонация - это химическая реакция, инициируемая ударной волной. А детонационная волна - это единый комплекс ударной волны, и зоны химической реакции.

При детонации продукты реакции за фронтом ударной волны движутся в сторону распространения волны и тем самым поддерживают параметры волны неизменными.

Термином "Взрыв" обобщенно называют все процессы, сопровождающиеся образованием в окружающей среде ударной волны (взрывное горение, низкоскоростной режим, детонация и др.). Этим термином, как правило, пользуются в тех случаях, когда нет необходимости или возможности точно определить характер процесса.

Кроме нормального горения и стационарной детонации возможны неустойчивые переходные режимы: нестационарная детонация, неустойчивое горение.